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国家会展中心(上海)园区安全生态雨水系统设计

发布时间:2016-08-17 09:00

国家会展中心(上海)项目,四叶草形的大展厅构成建筑主体,中间花心处的地下部分是地铁2号线徐泾东站的站厅和区间段,上部是露天的大型圆广场、商业楼;北侧是大型室外展场,南侧地下为大面积人防车库,上部有覆土不足1m的广场和覆土1.5m的绿化。
由于项目功能要求的特殊性,除了地基需要经过特殊处理外,地面材料也很难选用透水材料;大部分的屋面为展厅屋面,材料为轻质,且带5%坡度,为保证屋面安全,需要快速将雨水排至室外,以上区域的径流系数都高达0.9~1.0。项目的透水、透气性较差,如“被植过皮的皮肤”。
确保暴雨期间的地铁安全
设计难点
本项目的一大难点是要保证处在洼地的地铁在暴雨期间的安全。整个地铁站和区间段上方的标高都被限制在4.2m,如图2中斜线阴影部分。本项目展厅和办公楼的室内大堂标高为5.00m,室外地面标高多为4.80m,因此地铁上方及各个出入口附近都处在整个项目的最低洼处。
地铁上方区域多被8m步道、16m车道和展厅屋面所覆盖,而这些部位的雨水被有组织接管排放至远离地铁的方向,相对安全。预防暴雨威胁的重点在于全露天、直径108m的中心圆广场。
中心圆广场排水安全
广场被圆形商业楼围在中央,西侧还有两个地铁出入口。下方除了地铁站和隧道区间段外,南北两侧各有地下室。考虑到此处需要作为消防通道,必须达到足够的强度和承载力及景观效果,而当时没有可靠的符合要求且经过验证的产品,实际施工时,仍选用了常规的硬质铺装,实为遗憾。
无法重力排出的雨水,必须进入集水池加压排出,水池在地铁线南北两侧地下室各设一个。考虑到广场积水将导致严重后果,在雨水量计算时,采用了100年的重现期;同时采取了双环缝隙式雨水沟和径向雨水暗渠设计、增大蓄水池调蓄容积、控制蓄水池内水泵启停的措施等来保障地铁安全。
在雨水集水方式上,采用了双环缝隙式雨水沟和径向雨水暗渠的做法。考虑到广场对固定荷载的限制,设置了两圈沟,将水在沟内的流行距离和时间延长了,水沟有一定的蓄水作用,同时减小了因地面找坡造成的场地标高变化,满足了地铁站和隧道对荷载的要求。
地下室机房密布,管线众多,设计尽可能扩大水池容积,为保证地铁安全,在极端情况下的首要任务仍然是快速排水。水池的启停泵水位设置考虑到极端特殊情况,采用人工手动预排空措施,在降雨间隙用小泵将存水预降到最低安全水位,可最大程度增加调蓄容积。
进水管道的设计,在外圈雨水沟进入水池的入水段两端和径向暗沟进入主沟的连接处,设置格栅,拦截粗大的可能引起堵塞的垃圾;入水段上方的雨水沟盖板采用可开启盖板便于清理;入水管口上方,再加设半球形篦子;进入地下室的入水管上,增设Y型过滤器、检修阀和电磁阀。
雨水机房内还预留了水泵的安装、维修的空间和通道,在每台水泵对应的检修人孔上方设置了埋件,在机房内设置了集水坑和应急排水泵。
对排水泵的电源配置应采用两路电源;其次雨水池的水位应纳入楼宇控制系统管理,可在大楼的控制中心显示(模拟量);每台水泵的启停或故障情况、电磁阀的启闭状态等均可显示,一旦故障应及时报警并抢修复原。
广场下方两个蓄水池收集的雨水不考虑回用。所需的场地和运行成本都较高,没有经济性和合理性。
确保暴雨期间的地铁安全
雨水调蓄池
受场地所限,设计选择了基地中两块相对完整的绿化区域,设置了两座塑料模块式调蓄水池,塑料模块水池可适应场地空间组合成不同形状和不同体积,且施工快捷。
雨水调蓄系统由3个主要部分组成。首先是屋面雨水收集系统,通过天沟将雨水汇总到室外管道内,经过弃流井,进入调蓄水池,经自然沉淀和水处理设施简单处理后,进入清水池储存,再供至地下车库用于地面冲洗及供至绿化浇洒灌溉系统。
雨水调蓄池有两个主要作用,第一是暴雨期间临时蓄水,延长雨水在地块内的停留时间,第二是充分利用所收集的雨水,用于地块内的车库冲洗和绿化浇洒。
充分利用管网的调蓄功能
由于场地功能和各种苛刻条件所限,在经过计算选定的基础上适当放大雨水管道管径,多余的管道容积可充分发挥临时调蓄功能,使雨水系统防涝能力得到显著提升。
早在2012年,项目初步设计尚未完成时,近10万m2的北广场(室外展场)已经开始进行地基处理。处理过程中,要求将场地排水管道同步施工完成。
此时,设计将经过计算的雨水管道直径放大1档,可留出可观的管道容积,用以暂时调蓄雨水。
当逐段雨水管均放大一档,排水能力接近翻倍,可以接纳超过百年一遇的雨水量。
地面停车场选用透水材料铺装
停车场南面是整个园区的能源中心,需要一定的覆土深度来保证能源管道的安全,难以用洼地蓄水。最终,此处选用了渗透性较好的植草砖作为地面铺装,可有效降低径流量,减少雨水外排。
景观生态水面设计和透水地面广场
地块南侧景观和绿地,是项目唯一一块完整的可呼吸区域。如图5,水景利用了地下室顶板上方覆土区域,做出下洼式带有少许坡度的流道,暴雨期间可存蓄周边标高较高的绿化区表面径流,把南侧绿地区域径流量降到最低。在南广场设计了透水材料铺装,也可降低雨水径流。
屋顶花园、庭院雨水系统设计
各类庭院、小品设计透水材料,增加屋面的滞水性。空中庭院设计,在屋面降板区域设置卵石层、种植池等,延长了雨水在屋面的停留时间,也保证了雨水不会流入室内。
项目受功能要求之限,大面积的地面对承载力有较高的要求,造成地面硬化程度较高,且在项目建设的极短周期内,尚未有既能满足强度要求又带有一定渗透性的地面材料。对于本项目而言,雨水生态系统设计的构想难以完全实现,最终实现规模。
单从规模上来说,各个系统的规模可谓不小,但由于本项目的用地面积超大,相对来说,雨水生态系统占整个雨水系统的比例是偏小的。
防涝控制的管理措施
预排空
根据雨量公式和实际生活经验,在同样的重现期下,当降雨历时延长,降雨强度会明显降低,而同样的降雨强度,降雨历时越长,其对应的重现期就越大。因此预排空水池和管道所腾出的空间,接纳短时强降雨,相当于延长了降雨历时,降低了降雨强度或提高了重现期,明显增强系统的防涝能力。
预警信号及其利用
预警信号及其利用是一个极为重要的防涝措施。充分利用信号,制定相关管理制度,可以在非汛期充分利用雨水调蓄池存水进行浇洒和冲洗,降低市政泵站排水流量,均匀向河道排水;在汛期则重点发挥其蓄水功能,做好预排空。
另有一种预警设施,目前还在试验阶段。在地铁出入口的三级台阶处,设置一种遇水淹没可以发出报警信号并传输至值班室的贴片式报警器,在每一级台阶外侧面不易被踢到的位置设置一个,当地铁出入口附近有积水,水位达到贴片高度时,即发出报警,提醒值班人员及时采取相应措施,防止地铁进水,保障地铁安全。
其他
未来如能加快高强度的渗透地面材料的研发、测试和推广,加大地面的渗透率,则对提高此类项目防涝能力有较大的帮助。

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